Question

一道高中热学题

1、如图所示，气缸内盛有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过对外做功，若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是
A．气体从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此该过程违反热力学第二定律
B．气体从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以该过程违反热力学第二定律
C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．以上三种说法都不对
答案是C，为什么？ C中已经承认气体是从单一热源吸热，全部用于对外做功，但这跟热力学第二定律是相矛盾的。
热力学第二定律：不可能从单一热裤吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
为什么说不违反热力学第二定律？
教材中提到，即使没有漏气，没有摩擦，没有有机体热量损失，惹急效率也达不到100%，可上述问题中的热机效率是100%呀

Answer 1

答案选A
热力学第二定律：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。这个过程不是自发的，是在外力的作用下实现的，外力也做功了，消耗了能量，这与空调相似，所以不是没有产生其他影响，也就违反了热力学第二定律。
如果标准答案是C，只能说标准答案错了。

追问

你所指的外力是？？若气缸外面没有空气，哪来的外力？？

追答

向外拉的力，活塞不会自己跑出来吧？这里有一个关键词：膨胀。思考里面的气体为啥膨胀。

追问

气缸内压强比外部高的话，能自己膨胀啊

追答

是的，那样的话，自己温度必定降低。不降低怎么吸热？所以这是一个缓慢的，理想的过程，如果里面的压强高，会是一个缓慢的理想过程吗。

追问

就是啊，对外膨胀做功，自己温度降低，从外部吸热保持恒温。这样的话吸热的热量=对外做功的量，效率为100% 违反热力学第二定律，可我在网上搜索的所有的资料中答案都是C

追答

现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动
这个条件说明必定存在外力。即便里面的压强大于外部，外力也做功了，做的是负功。
所以可以肯定答案错了，应该选A

追问

但是所有的资料中答案是C，很多材料，有的是期末复习，有的是高考复习，我都查了7-8个不同卷子，都是C 而且没有相关解释，晕死了

追答

那也只能说出资料的人自己也没有认真思考，照搬别人的，当然就都是这样了。现在看看，像你我这样认真的人有几个，肯定不太多。

追问

呵呵，佩服你的自信心

追答

我是河南大学物理教育专业96年毕业生
如果这是一高考题，答案如此，必将引起争议，但要么坑的是当年做对的考生，要么坑的是不会思考的考生。

追问

总得说出理由啊

追答

呵呵，学习了
过程本身是客观存在的
任何规律都是对客观规律的总结
所以过程本身不违反热力学第二定律

我开始钻了一个死胡同：忘了一个大前提，这个过程虽然是在理想中存在的，但在理论上是正确的，而热力学第二定律本身又在逻辑上反转了两次，所以就把自己绕进去了。
正确的理解是这样的：正是因为这个过程引起了其他变化，所以才不违反热力学第二定律，如果没有引起其他变化，才真正违背了热力学第二定律。因为该定律说的就是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。现在它产生了其他影响，所以就可能了。也就不违反热力学第二定律了。

建议把最佳答案给楼下的老弟吧，我确实是误人子弟了。

Answer 2

选c
气缸壁导热，所以气体温度保持不变，因为理想气体内能只与温度有关，所以气体内能在变化过程中保持不变，这个变化过程中只有气体体积膨胀对外做功，这也不违反热力学第二定律，因为是通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，所以这个过程不是自发的。

追问

为什么断定不是自发过程？也可能外部气压低，可以自发的向外膨胀

追答

题目说的是通过活塞杆使它移动，应该是有外力移动吧
而且热力学第二定律是经过实践证明的绝对真理，没有哪个过程是违反的！！！！！！！！！！！！！！！！
下面的大哥，你学过有违反热力学第二定律的东西吗？？？？？？？？
显然A是错的啊！！！！！！！！！！！！

追问

C中已经承认气体是从单一热源吸热，全部用于对外做功，但这跟热力学第二定律是相矛盾的，你若同意前面一句，跟后面的一句相矛盾

追答

热力学第二定律是说从单一热源吸热，全部用于做功，而不引起其他变化，这道题中“通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动”这句就是说明这不是自发的，所以引起了其他变化，这变化中有外力做功，zhuy _inet说的没错，下面的大哥，挺佩服你的！！！！呵呵，学无止境

追问

假如活塞是由于压强差，不借助外力，自己向右移动了的话，该怎么解释？也不是自发的吗？是因为有了活塞这个第3个物体的原因吗？

追答

理想气体压强公式P=（1/3）nmv^2,m是气体分子质量，n是单位体积的分子数，而v只与温度有关，现在学的都是理想气体的性质，所以外部应该也是理想气体
如果一开始体系处于平衡，则内外气体温度相等，P总是保持相等，所以活塞不会自发运动
要使活塞运动只能通过外力实现，你可以向外拉，或是先推内一段距离，使内部的n增大，内部P增大，然后活塞自发的移动，但总的来说整个过程应该是有外力的

Answer 3

C
高中学热力学第二定律？
河南大学物理教育专业96年毕业生误人子弟，哈哈。小兄弟，别信他

气体是从单一热源吸热，全部用于对外做功，但这跟热力学第二定律不矛盾，因为外力通过活塞杆对系统做了负功，河南大学物理教育专业96年毕业生分析的对，但结论却错了，唉。

追问

热二定律中 w<Q 可这道题里 w=Q 你还说不违反热二定律？

追答

“不产生其他影响”，注意这几个字。怎么还不明白。把研究对象搞清楚，系统边界搞清楚，别什么都往定理上套，死读书是不行滴。

追问

你的意思是：不违反热二定律的原因是，因为有了活塞这个第3个物体，所以产生其他影响了，是吗？但是教材中提到即使没有漏气，没有摩擦，没有有机体热量损失，热机效率也达不到100%，可上述问题中的热机效率是100%呀，那么教材这句话是错的？

追答

不是活塞这个物体，而是外界肯定对这个系统做了负功，这才是外界对这个系统的影响。
再来说热机。热机是什么？热机有4个特征：
1。从高温热源吸热
2.。把部分热能转化为功
3。把剩余的热能传递给一个低温冷源
4。循环工作（operate on a cycle）
注意最后一条，循环工作，你这个系统能循环工作吗？它能永远不断地将热量转化为功吗？
它根本不是热机！！！！！
教材没错，但我不知道教材有没有告诉你什么是热机。
热二定律理解起来是不太容易，高中不应该讲这部分。我们那时候没这部分，现在的教材，什么都讲，什么都讲不透，害人不浅。